土木工程材料概念

绪论

1、土木工程材料的分类：

（1）、按组成物的化学成分分为：无机材料、有机材料、复合材料。

常用无机材料包括砂石、砖瓦、玻璃、石灰石膏、水泥，塑料等。

常用有机材料有木材、涂料、沥青、橡胶、等。

常用复合材料有钢钎维混凝土、钢筋混凝土、沥青混凝土等。

(2)、按功能分为：承重结构材料、非承重材料、功能材料。

常用承重材料：钢材、混凝土、砖、砌体

常用非承重材料：填充墙、内隔墙、围护材料

常用功能材料：防水材料、防火材料、装饰材料、绝热材料、吸声隔声材料

2、土木工程材料的标准：

(1)、世界范围统一使用的是ISO国计标准。

(2)、我国常用标准有三类：1国家标准（包括强制性标准GB、推荐性标准GB/T）2行业标准3地方标准DB和企业标准QB。

强制性标准表示人和技术活产品不得低于其规定的要求：推荐性标准表示可以执行其它标准要求：地方标准或企业标准制定的技术要求高于国家标准。

第一章土木工厂材料基本性质

1、材料的物理性质：

（1）1.密度——材料绝密状态下单位体积的质量

2.表观密度——单位体积（含实体及闭口孔隙体积）材料的干质量

3.体积密度——自然状态下单位体积（包括实体、开口孔隙、闭口孔隙）的质量，俗

称容量。

4.堆积密度——散粒状材料单位体积（含颗粒固体、开口、闭口孔隙及颗粒空隙体积）

物质颗粒的质量

规则形状的材料用量具测得体积，不规则的可用排液法或封蜡排液法测得体积。（2）1.孔隙率与密实度

孔隙率——孔隙体积占自然状态下总体积的百分率。孔隙率反应材料密实度。

公式P8

2.空隙率与填充率

空隙率——散状粒材料在堆积状态下颗粒空袭占堆积体积的百分率

（3）1.亲水性、憎水性

润湿角>90度材料材料分子内聚力小于吸引力，表现位亲水性。常用亲水材料有：水泥制品、玻璃、陶瓷、金属、石材。

润湿角<90度材料分子内聚力大于吸引力，表现为憎水性。常用憎水材料：沥青、油漆、塑料、防水油膏。

2.吸水性、吸湿性、耐水性、抗渗性、抗冻性

第二章建筑金属材料

1、刚才的分类：

（1）钢材按化学成分分成碳素钢与合金钢

碳素钢——含碳量为0.02％～2.06％的铁碳合钢，又称碳钢。可分为低碳钢（含碳小于

0.25％）、中碳钢（含碳0.25%～0.6％）、高碳钢（含碳大于0.6％）

合金钢——碳素钢中加入一定和金元素的钢材。可分为低合金钢（合金元素小于5％）、

中合金钢（合金元素5％～10％）、高合金钢（合金元素大于10％）

（2）钢材按质量分为：普通钢（含硫量<=0.050%，含磷量<=0.045％））、优质钢（含硫量<=0.035%，含磷量<=0.035%）、高级优质钢A(含硫量<=0.025%,含磷量<=0.025％)、特级优质钢E(含硫量<=0.0.015%,含磷量<=0.015％)

(3)钢材按脱氧程度分为：

沸腾钢（脱氧不充分，大量一氧化碳气体外溢造成沸腾。缺点致密程度差、冲击韧性和可焊接性差，优点消耗少量脱氧剂、成本低），代号F

镇静钢（组织致密、汽泡少、偏析程度低）、代号Z

半镇静钢（性能介于沸腾钢与镇静钢之间）、代号、b

特殊镇静钢（比镇静钢脱氧更充分）、代号TZ

2建筑钢材的主要性能：

（1）抗拉性能。注意图2-1，P27

低碳钢拉伸到断裂经历四个阶段：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段/颈缩阶段。

土木工程中钢材弹性模量为（2.0～2.1）*MPa

（2）耐疲劳性。

受交变荷载反复作用时，钢材在应力低于其屈服强度情况下突然放声脆性断裂破坏的现象称为疲劳破坏

（3）工艺性能：冷弯性能（d/a越小表示冷弯性越好）、焊接性能

3、注意表2-1、2-2 P34，直到各种元素如何改变钢材哪些性能。

4、冷加工强化与加工

（1）冷加工强化的机理：金属的塑性变形是通过位错运动来实现的。位错是指原子行列间相互滑移形成的线状缺陷。

（2）冷加工强化方法：冷拉、冷拔、冷轧

（3）时效处理：

自然时效——常温下存放15～20天，适合于低强度钢筋

人工时效——加热到100～200度后保持一定时间（2～3h），适合于高强度钢筋(4）热处理：淬火、回火、退火、正火

5、常用金属的性质

（1）炭素结构钢

1.牌号及其表示方法：

牌号由代表屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法按顺序组成。例如：Q235-A·F表示屈服点为235MPa的A级沸腾钢。

随着牌号的增大，含碳量增加，强度提高，塑性和韧性降低，冷弯性能逐渐变差。同一钢号内质量等级越高钢材的质量越好，如Q235C级优于Q235A和Q235B级

2.了解炭素结构钢技术性能与应用

（2）优质炭素结构钢：普通含锰量、高含锰量

1.优质炭素结构钢表示方法：以平均含碳量（以0.01％为单位）含锰量脱氧程度代号

组合而成。如“10F”表示平均含碳量为1.10％的沸腾钢，“45Mn”表示平均含碳量为

0.45％较高含锰量镇静钢。

（3）低合金钢分为：Q295、Q345、Q390、Q420、Q460五个牌号，每个牌号根据硫、磷等元素含量分成A、B、C、D、E五个等级。表示方法：“Q”+屈服强度值+质量等级，如Q345B表示屈服强度不低于345MPa质量等级为B级的低合碳结构钢。

6、了解钢结构用钢

7、钢材的腐蚀与防护

（1）化学腐蚀——钢材与介质放生化学反应生成疏松氧化物造成的腐蚀，干燥

环境中缓慢，温度高和湿度大时反应速度加快。

（2）.电化学反应——原电池反应，阳极区——金属电子失电子，阴极区——

得到电子

(3)防护

钢材防腐：采用耐候钢、金属覆盖、非金属覆盖、混凝土钢筋防锈

钢材的防火

第三章无机胶凝材料

1、气硬性胶凝材料与水硬性胶凝材料

气硬性胶凝材料——只能在空气中硬化，也只能在空气中保持和发展强度，如石膏、石灰、水玻璃等

水硬性胶凝材料——既能在空气中还能在水中硬化、保持和发展强度，如各种水泥。

2、胶凝材料的分类：

有机胶凝材料：沥青、各种树脂

无机胶凝材料：气硬性（石膏、石灰、水玻璃）、水硬性（各种水泥）

3、石灰

（1）石灰硬化与熟化

石灰熟化——生石灰（氧化钙）与水反应生成氢氧化钙（又称熟石灰、肖石灰），体

积增大1～2.5倍，放热。

石灰的硬化：干燥结晶硬化过程、碳化过程

(2) 石灰性质与技术要求

性质：可塑性好、硬化缓慢强度低、硬化时体积收缩大、耐水性差、吸湿性强。

了解技术要求P57

（3）石灰的应用：石灰乳、配置砂浆、石灰土和三合土、制作硅酸盐制品

4、了解石膏P59

5、水玻璃（俗称泡花碱）——碱金属与二氧化硅组合而成的硅酸盐。

常用的有硅酸纳水玻璃、硅酸钾水玻璃。生产方法有湿法和干法。水玻璃的硬化P64。

水玻璃的性质：粘结能力强、不燃烧耐高温、耐酸性强、不耐水、不耐碱。

水玻璃的应用：涂刷材料表面、配置防水剂、用于土壤加固、其他——配置耐酸耐热混凝土等。

6、硅酸盐水泥

（1）分类：通用水泥、专用水泥、特性水泥

（2）生产与基本组成：不掺混合材料的称为I型代号P·I，掺缛量不超过水泥质量5％的石灰石或粒化炉渣混合材料的称为II型，代号P·II。注意表3-5P67

（3）水化硬化：

1水泥熟料的水化：

硅酸三钙水化——生成物C-S-H凝胶（水化硅酸钙）、氢氧化钙

铝酸二钙水化——生成物水化硅酸钙

铝酸三钙的水化——生成物水化铝酸钙C3A，C3A最终产物与石膏掺入量有关初生成三硫型水化硫铝酸钙（钙矾石AFt）后生成单硫型水化硫铝酸钙AFm

铁相固溶体的水化

注意表3-6 P68

2.水泥硬化过程P68，影响硬化的因素：熟料矿物成分、水泥的细度、用水量、养